預應力錨索復合土釘墻變形試驗研究

韓國棟　徐會文　杜關記　韓森

【摘 要】通過對深圳假日廣場深基坑預應力錨索復合土釘墻支護結構的全過程變形的監測，對該支護結構進行了包括基坑周邊水平位移觀測、基坑周邊沉降觀測、邊坡深層土體水平位移觀測等在內的現場測試研究，總結了該支護結構變形及位移的變化規律及影響因素，擬在揭示該支護方法的工作原理及變形特征，進一步為該支護方法的設計和施工提供科學的依據。

【關鍵詞】預應力錨索；復合土釘支護；全過程監測；深基坑

1. 問題的提出

復合土釘支護是在土釘支護基礎上發展起來的、用于基坑支護或提高邊坡穩定性的一種新技術，在我國的城市建設中己有大量的工程實踐，但復合土釘支護的理論落后于實踐，設計分析方法不完善，試驗研究不多，又限制了這項技術的發展。預應力錨索復合土釘支護是復合土釘支護中常用而有效的一種技術方法，是采用土釘與預應力錨索聯合支護。它可以有效地控制基坑變形，大大提高基坑邊坡的穩定性。本文通過對預應力錨索復合土釘支護進行較為全面的分析和測試，擬進一步揭示該支護方法的變形特征，為該支護方法的設計和施工提供較為科學的依據。

2. 工程概況及工程地質條件

2.1 工程概況

假日廣場深基坑支護工程位于深圳市南山區，北鄰世界花園，南靠深南大道和深圳地鐵，與世界之窗隔路相望。場地西北東三面鄰近市政道路，道路周邊分布有世界花園供水管道和排污管道、市政雨水管道和燃氣管道以及通信光纜，東側道路對面為五星級深圳威尼斯酒店，周邊環境復雜?；訓|西向長308.2m，南北向寬46.5m～82.5m，總開挖面積20000m2?；娱_挖深度東西北三側為17.6～21.0m，基坑南側開挖深度為13.8～18.7m。

2.2 工程地質條件。

場地地層由第四系人工填土層、坡洪積層、殘積層和燕山期基巖組成，主要巖性及特征如下：

素填土：0.3～5.1 m，褐紅色、褐黃色，以粘性土為主，含少量碎石及生活垃圾，底部有填塊石，稍濕-濕，松散。

含礫粘土：0.9～6.2 m，褐紅、褐黃色，粘性土為主，不均勻含有石英礫8.6%～38.3%，底部地段含礫量較高，可-塑性，稍濕-濕，該層在南側缺失。

礫質粉質粘土：10.0～21.2 m，褐紅、褐黃色，由粗?；◢弾r殘積而成，原巖結構可辨，除石英砂巖外其他礦物均風化成粘性土，石英礫含量1.6%～47.4%，稍濕，硬塑。

粗粒花崗巖：未見底，主要成分為石英、長石及云母，基坑開挖范圍在北側裸露到其中風化。

3. 試驗方案及裝置

圖1 A試驗剖面土釘內力及錨頭內力測點布置圖

為了揭示預應力錨索復合土釘支護方法的變形特征，對該支護方法進行了現場測試研究?，F場測試包括水平、垂直位移和沉降量等。

3.1 試驗目的。

本試驗的目的主要是通過對復合土釘支護結構的全過程變形的監測，總結其變化規律及影響因素。

3.2 試驗方案。

現場試驗包括基坑周邊水平位移觀測、基坑周邊沉降觀測、邊坡深層土體水平位移測試、等。

基坑變形、邊坡土體位移監測依據《深圳地區建筑深基坑支護》進行。具體為基坑開挖期間每三天測一次，基坑開挖結束后每周測一次，如遇大暴雨和超過警戒值須加密觀測，觀測應從基坑開挖或降水當日實施。基坑開挖完成后且變形已趨于穩定時可適當延長觀測間隔時間，在地下構筑物完成后既可結束觀測。各種觀測點的布置見圖1。

3.3 試驗裝置。

3.3.1 水平、垂直位移測試。

3.3.1.1 水平位移采用德國產T2經緯儀，在基坑邊上每邊相交點設置一個不動點，采用小角度位移法測出基坑邊水平位移，測量精度為0.1mm。

3.3.1.2 垂直位移采用瑞士產的WILDN3精密水準儀，測量精度為0.1mm。

3.3.2 土體位移測試。

在距離基坑開挖線0.5mm位置布置一個測斜孔孔徑110mm，測斜管采用專用PVC管；采用美國產GK6000型全自動測斜儀。

4. 試驗成果及其分析。

4.1 復合土釘墻支護結構位移、沉降的觀測結果。

4.1.1 復合土釘墻支護結構位移觀測結果。

4.1.1.1 坡頂位移觀測結果（見圖2）。

圖2 水平位移日程曲線圖

圖3 土體水平位移

4.1.1.2 邊坡內部土體位移觀測結果。從基坑開挖至開挖完成后一個月對A試驗剖面共進行了48次測斜觀測。圖3中分別畫出開挖至第三層、第五層、第七層和開挖完成后的不同深度土體水平位移的變化情況。

4.1.2 復合土釘墻支護結構沉降觀測結果（見圖4）。

4.2 復合土釘墻支護結構位移、沉降觀測結果分析。

4.2.1 坡頂位移觀測結果分析。從圖2中可以發現如下規律：

4.2.1.1 曲線的開始階段斜率比較大，后面變小。這是支護初期，支護體系是土釘，作為一種被動受力體系，開始階段對于基坑位移的控制作用沒能充分發揮，位移速率大。隨著基坑下挖，位移增大，土釘開始發揮作用，一定程度上控制了基坑變形。從圖中可以看到在張拉鎖定以后開挖到第四層錨索時，速率明顯降低，作為主動受力體系的錨索，是控制基坑位移的關鍵因素，再加上上部土釘強度逐漸加強，兩者的共同約束作用，使得以后開挖支護的水平位移發展趨勢比較平緩，不存在較大的突變。通過對比開挖第四層和開挖第六層和第八層的速率還可以看出，靠近基坑上部的錨索控制水平位移的效果更明顯，因此應盡可能把錨索布置在開挖邊坡的中上部區域。

4.2.1.2 根據試驗數據可以看出，由每層瞬時開挖引起的水平位移與本層開挖所引起的總水平位移的比值隨開挖深度遞減，變化范圍在25%～5%，說明瞬時開挖效應引起的變形最大可以達到開挖引起總體變形的1/4，因此每層開挖完成后快速地構筑支護結構有利于減小邊坡的總體位移。

4.2.2 邊坡內部土體位移觀測結果分析。從圖3可以看出：在開挖至第三層時，屬于典型的土釘墻支護，從圖中可以看出：越靠近地表，水平位移越大。開挖至第五層時，發生最大水平位移的位置已經開始下移，雖然最大水平位移仍然在基坑邊坡的中上部，但置入土體的第三排預應力錨索已經開始發揮約束土體變形的作用。開挖至第七層時，發生最大水平位移的位置向下移動更明顯，此時，基坑最大水平位移已經轉移到第三排和第五排預應力錨索之間。當基坑開挖到底后，整個邊坡的水平位移變化特征已經就非常明顯，表現為中間大，上下小的'勺'狀分布，水平位移最大值發生在基坑邊坡中偏下的位置。

4.2.3 地面沉降觀測結果分析。

圖4 A 、B剖面觀測點沉降日程曲線

4.2.3.1 從圖4中可以看出，累積沉降曲線走勢平緩，這說明基坑每層開挖的瞬時效應對沉降的影響不大。沉降值是在本層開挖完成到下一層開挖前這段時間內逐漸形成的。

4.2.3.2 觀察圖4中不同開挖深度處的基坑邊沉降值差異不是很大，所產生的沉降主要由降水固結所引起。

5. 結論

通過試驗研究，得出預應力錨索復合土釘墻支護結構的變形和內力特征如下：

5.1 預應力錨索復合土釘支護結構變形具有漸進性，瞬時開挖效應不明顯。

5.2 預應力錨索復合土釘支護結構變形具有空間效應；預應力錨索能免有效地減小基坑邊坡的水平位移變形；且靠近邊坡上部布置的錨索對于減小坡頂的水平面位移更有實際意義。

5.3 基坑邊坡沉降變形不存在瞬時開挖效應。

5.4 預應力錨索復合土無權支護結構的水平位移最大值在基坑邊坡中部偏聽偏信下的位置，沿邊坡深度變形表現為“鼓肚”狀分布。

參考文獻

[1] 林森.復合土釘強在深基坑工程中的應用分析[J]，建筑科學，2009.3.

[2] 劉方淵，左文貴.土釘墻與預應力錨桿支護在某大廈基坑工程中的應用[J]，采礦技術，2008.7

[文章編號]1619-2737（2014）11-12-227

[作者簡介] 韓國棟（1988-），男，吉林大學建設工程學院09級碩士研究生。endprint